JPH02279512A - 高純度多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents

高純度多結晶シリコンの製造方法

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JPH02279512A
JPH02279512A JP10092989A JP10092989A JPH02279512A JP H02279512 A JPH02279512 A JP H02279512A JP 10092989 A JP10092989 A JP 10092989A JP 10092989 A JP10092989 A JP 10092989A JP H02279512 A JPH02279512 A JP H02279512A
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JP
Japan
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reaction vessel
vessel
fluidized bed
raw material
gas
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Pending
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JP10092989A
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English (en)
Inventor
Makoto Kuramoto
誠 蔵本
Takayuki Nakai
中井 孝之
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Osaka Titanium Co Ltd
Original Assignee
Osaka Titanium Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/027Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/03Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of silicon halides or halosilanes or reduction thereof with hydrogen as the only reducing agent

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反応容器内で多結晶シリコン粒子を原料ガス
により流動化させながら原料ガスと反応させて、粒子表
面にシリコンを析出させる流動層造粒法による高純度多
結晶シリコンの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
現在、太陽電池や半導体素子の原料等として使用される
高純度多結晶シリコンは、工業的にはシーメンス法で製
造されている。この製造方法では、ペルジャーと称する
反応炉が用いられ、反応炉内に細い金属シリコン捧を立
て、これを通電加熱することにより棒表面にシリコンを
析出成長させる。
しかし、反応炉の壁面にシリコンが析出するのを防止す
るために炉壁を冷却しており、熱効率が悪い欠点がある
。又、反応炉の単位容積当りの析出表面積が小さく反応
効率も悪い、更に、バッチ方式であることが製造能率を
一層低下させている。
シーメンス法のかかる欠点を解消する製造方法として注
目を集めているのが流動層造粒法である。
この製造方法では、反応容器に充填した多結晶シリコン
粒子を、容器内に導入するトリクロロシラン等の原料ガ
スで流動化させて流動層となし、この状態で粒子表面に
シリコンを析出させて粒子を成長させる0反応容器は外
側から加熱されており、成長した粒子は逐次容器外に抜
き出され、代わりに新たな原料粒子が容器内に装入され
る。
流動層造粒法による多結晶シリコンの製造方法は、連続
式であり、しかも反応容器の内容量に対するシリコン析
出表面積の比率がシーメンス法と比べて格段に大きく、
また熱効率の点でも優れるが、その一方で反応容器の器
壁内面にシリコンが析出しやすい問題を有している0反
応容器の器壁内面にシリコンが析出すると、反応容器が
破損し、破損に至らないまでも反応容器の有効内容量が
小さくなって長期的な連続運転が困難になる。
流動層造粒法における上記問題を解決するために、二重
管ノズルを用いてその内側ノズルより反応容器内に原料
ガスを供給し、環状の外側ノズルより水素ガスを供給す
る方法が特開昭57−135708号公報に開示されて
いる。また、特開昭58−185426号公報には、反
応容器の器壁からHCl、5iCI!、等のシリコン析
出抑制ガスを吹き込む方法が開示され、特開昭59−4
5917号公報には、反応容器内に内筒設置し、その内
側で原料ガスによる流動層反応を進行させる方法が開示
されている。
〔発明が解決しようとするIN) これらの従来法は、いずれも原料ガスが器壁に到達する
のを阻害することを狙いとしているが、二重管ノズルに
よる方法では、別々に供給された原料ガスと水素ガスと
が、反応容器内の流動層における激しい粒子混合によっ
て直ちに混合されてしまい、包囲ガスであるはずの水素
による原料ガス疎外効果は小さい。
反応容器の器壁からシリコン析出抑制ガスを吹き込む方
法では、シリコン析出抑制ガスが反応容器内で十分に加
熱されず、反応容器内がこのガス層を通して加熱される
ために、熱伝達度が小さく熱効率を悪化させる問題があ
る。したがって、大きな伝熱面積が必要になる。また、
反応容器内に内筒を設置する方法では、内情にシリコン
が析出し、内湾の破損や長期的連続運転が困難といった
問題がある。
本発明は、これらの問題を全て解決するもので、内筒を
使用することな(器壁内面へのシリコン析出が効果的に
抑制でき、しかも熱効率の低下を生じない高純度多結晶
シリコンの製造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の製造方法は、流動層造粒法による高純度多結晶
シリコンの製造において、反応容器の器壁内面に沿って
水素を流通させ、その内側に原料ガ、スを流通させるこ
とを特徴としてなる。
第1図は本発明の一実施態様を示す模式図である。
円筒状の反応容器lは、上部にガス排出管2と、多結晶
シリコンの種粒子を容器内に装入するための装入管3と
を備えている0反応容器1の底部は、底4&4との間に
間隔をあけて設けられたガス分散板5により二重底とさ
れている。底板4とガス分散板5との間は、同心状に設
けた環状の仕切板6によって内室7と、その外側に同心
状に形成された外室8との2室構造とされている。底!
11j4に接続された原料ガス導入管9は内室7に連通
しており、内室7の外周壁に接続された複数の水素ガス
導入管lOは外室8に連通している6分散15の中心部
には、内室7.底板4を貫通して製品抜出管11が接続
されている。また、ガス分散Fi5より上方には、反応
容器lを包囲するようにヒータ12が設けられている。
反応容器l内に所定量の多結晶シリコンからなる種粒子
を装入し、容器内をヒータ12で加熱しながら原料ガス
導入管9より内室7に原料ガスを吹き込み、水素ガス導
入管10より外室8に水素ガスを吹き込む、内室7に吹
き込まれた原料ガスは反応容器lの中心部を上昇し、外
室8に吹き込まれた水素ガスは反応容器1内の原料ガス
流通部外側を器壁内面に沿って上昇する。これらのガス
流により、反応容器l内の種粒子は激しく流動して流動
層13を形成し、その過程で表面にシリコンを析出しな
がら成長して行く、所定の析出反応を終えた多結晶シリ
コン粒子は、製品抜出管11より反応容器l外へ逐次抜
き出される0代わりに、装入管3からは種粒子が反応容
器l内へ装入される。シリコン析出反応に使用された後
の原料ガスおよび水素ガスは、ガス排出管2より容器外
に排出される。
原料ガスとしては、トリクロロシラン、モノシランある
いはこれらのシランガスと水素の混合ガス等が使用され
る。
第2図は本発明の別の実施a欅を示した模式図である。
原料ガスは、反応容器lの底Fi4とその上方に設けた
ガス分散板5との間隙を貢通してガス分散[5の中心部
に接続した原料ガス導入管9より反応容器l外に導入さ
れる。水素ガスは、反応容器1の底部周壁に接続した水
素ガス導入管10より上記間隙に導入される。所定の析
出反応を終えた多結晶シリコン粒は、上記間隙を貫通し
てガス分散板5に接続した製品抜出管11より容器外へ
抜き出される。
この実施態様においても、原料ガスは反応容器1の中心
部を上昇し、水素ガスは原料ガス流通部の外側を反応容
器1の器壁内面に沿って上昇する。
〔作  用〕
本発明の製造方法においては、反応容器の器壁内面に沿
って水素ガスが流通するので、その内側を流通する原料
ガスに対して器壁内面が効果的にシールドされ、原料ガ
スが器壁内面に到達するのが抑制される。その結果、器
壁内面でのシリコン析出が抑制される。
水素ガス流速は原料ガス流速以上が望ましい。
また、流動層へのガス装入口である分散板5の水素ガス
装入口部分の内外径の差は、6CI以上が望ましい。
水素ガスで原料ガスを疎外する場合、反応容器内径Dt
に対する流動層高り、の比が2以下であると、スラッギ
ングと称する直径が容器内径にほぼ等しい気泡の発生を
伴なう現象が防止され、水素ガスの原料ガス疎外効果が
一層向上する。したがって、この比率は2以下が望まし
い。
また、流動層を形成する多結晶シリコン粒子の体面積平
均径が大きくなると、流動層におけるガス流が押し出し
流れに近くなり、器壁に沿って流通する水素ガスの原料
ガス疎外効果が向上する。
但し、体面積平均径が極端に大きくなると、ガス流速の
増大が必要になり、析出反応に必要な容器内ガス滞留時
間を十分に確保するのが困難になる。
このようなことから、流動層を形成する多結晶シリコン
粒子の体面積平均径は700〜3000μmが好ましく
、更に好ましくは1000〜2000μmである。
なお、体面積平均径とは粒子の単位体積に対する表面積
に基づく粒子の平均粒径である。
他の製造条件は、周知の手法にしたがって適宜選定され
る。
〔実施例〕
以下に本発明の詳細な説明する。
第1図に示す態様により下記条件で多結晶シリコンを製
造した。
反応容器内径に対する流動層高の比=1.5粒子体面積
平均径: 1000μm 反応温度:1oso”c 原料ガスニトリクロロシラン 原料ガス流速:80C11/3 原料ガス疎外用の水素ガス流量:100C1/sシリコ
ン製造にともなう器壁へのシリコン析出速度は最大で0
.05μm/minであり、3ケ月以上の連続運転でも
運転に何ら異常は生じなかった。
粒子体面積平均径を600μmに変更して他は同一条件
で同様のシリコン製造を行ったところ、ng!へのシリ
コン最大析出速度は0.4μm/m l n以上に上昇
した。また、反応容器内径に対する流動層高の比率を4
とした場合にも、器壁へのシリコン最大析出速度は0.
2μm/mlnに上昇した。
ちなみに、原料ガス阻外用の水素ガスを使用しない場合
は、器壁へのシリコン最大析出速境は2μm/minで
あった。
〔発明の効果] 本発明の製造方法は、水素ガスにより原料ガスの器壁到
達を効果的に阻害し、器壁人のシリコン析出を抑止する
。したがって、反応容器の破損が防止され、また長期的
異常なく連続運転が行なえ、シリコン製造効率の向上が
達成される。また、水素ガスは器壁に沿って上昇する間
に効果的に加熱され、水素ガスによる原料ガス加熱効率
の低下がなく、熱効率も優れる。したがって、多結晶シ
リコンの製造コスト低減が達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の実施態様を示す模式図で
ある。 18反応容器、5;ガス分散板、9:原料ガス導入管、
lO:水素ガス導入管。 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、流動層造粒法による高純度多結晶シリコンの製造に
    おいて、反応容器の器壁内面に沿って水素を流通させ、
    その内側に原料ガスを流通させることを特徴とする高純
    度多結晶シリコンの製造方法。 2、反応容器内径に対する流動層高の比が2以下である
    ことを特徴とする請求項1に記載の高純度多結晶シリコ
    ンの製造方法。 3、流動層を形成する多結晶シリコン粒子の体面積平均
    径が700〜3000μmであることを特徴とする請求
    項1または2に記載の高純度多結晶シリコンの製造方法
JP10092989A 1989-04-20 1989-04-20 高純度多結晶シリコンの製造方法 Pending JPH02279512A (ja)

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